摘 要:通過室內(nèi)試驗,研究分析了水灰比和纖維摻量兩個主要因素對聚丙烯腈纖維混凝土抗折強度的影響規(guī)律,進而提出了聚丙烯腈纖維混凝土路面優(yōu)化的配合比設計。在優(yōu)化配合比研究的基礎上,進行了試驗路段施工建設,總結了施工程序及注意事項。
關鍵詞: 道路工程 聚丙烯纖維混凝土 配合比 施工程序
中圖分類號: TU5281572 文獻標識碼:A 文章編號: 1004 - 6135 (2007) 05 - 0047 - 03
1 概 述
聚丙烯腈纖維混凝土路面是一種新型的路面結構型式,它是在路面混凝土拌合料中摻入一定數(shù)量的聚丙烯腈纖維而形成的。已有研究表明[ 1 - 4 ] ,摻入聚丙烯腈纖維,改善了混凝土的抗壓、抗拉等基本力學性能,而且明顯提高了與混凝土韌性相關的一些性能,如抗折強度、疲勞壽命、抗沖擊性能和耐磨性能等。因此,它是一種具有良好發(fā)展前景的新型路面結構型式。
作為一種新型的路面結構型式,目前關于聚丙烯腈纖維混凝土路面配合比設計尚無成熟的設計理論。本文針對特重和重交通等級路面,按照現(xiàn)行的《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》(JTG F30 - 2003) [ 5 ]對混凝土路面材料的要求,采用正交試驗設計方法,通過室內(nèi)試驗,研究這種新型路面材料優(yōu)化的配合比設計;并進行了試驗路段施工,總結了這種新型路面的施工工藝及注意事項,供相關工程參考借鑒。
2 室內(nèi)配合比試驗
2. 1 試驗材料
本試驗采用的原材料如下:
水泥———紅獅牌P. O. 42. 5水泥;
粗集料———4. 75～26. 5mm連續(xù)級配碎卵石;
細集料———閩江河砂,細度模數(shù)為2. 68,級配良好;
水———普通自來水;
纖維———深圳海川公司路威2002 - II型聚丙烯腈纖維,長度為12mm。表1為本試驗采用的路威2002 - II型聚丙烯腈纖維材料的主要性能指標。
2. 2 試驗方案
本試驗以聚丙烯腈纖維混凝土路面材料的抗折強度為評價指標。已有研究表明,影響普通混凝土抗折強度的因素很多,但水灰比是其中最重要的影響因素之一;對聚丙烯腈纖維混凝土,纖維體積率即體積率對纖維混凝土的抗折強度也有很大的影響。因此,本試驗僅考慮水灰比和纖維體積率這兩個主要因素的影響。試驗采用正交試驗設計方法;對水灰比影響因素,根據(jù)常用的水泥混凝土路面水灰比取值范圍,取為0. 37、0. 39、0. 41和0. 43這四個水平;對纖維體積率影響因素,則綜合考慮經(jīng)濟性和材料性能,取0%、0. 1%、0. 15%、0.2%這四個水平。試驗試件設計如表2所示:
在本試驗試件制作時,根據(jù)普通水泥混凝土路面工程常用的配合比設計數(shù)據(jù),每方聚丙烯腈纖維混凝土粗集料用量取為1290kg,細集料用量取為607kg,用水量取為161kg,根據(jù)表2確定水泥用量和纖維用量。對聚丙烯腈纖維混凝土的工作性能,主要通過塌落度進行控制。根據(jù)福建省公路路面常用的三輥軸機組施工方式, 本試驗將塌落度控制在10 ～30mm。共制作了16組試件,每組6個,試件總數(shù)為96個;試件尺寸為100mm ×100mm400mm。
2. 3 試驗結果及分析
本試驗制作的所有試件,都在標準養(yǎng)護條件下進行養(yǎng)護。按照現(xiàn)行的《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》( JTGE30 - 2005) [ 6 ]相關規(guī)定,分別進行7天和28天抗折強度試驗,試驗結果如表3所列。
根據(jù)表3所列的試驗結果,繪出了在纖維體積率相同的情況下抗折強度隨水灰比參數(shù)變化的情況,以及在水灰比相同的情況下抗折強度隨纖維體積率參數(shù)變化的情況,分別如圖1和圖2所示。
從表3所列的試驗結果以及圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn):
(1)水灰比和纖維體積率是影響聚丙烯腈纖維混凝土抗折強度的兩個重要因素。不論是水灰比改變還是纖維體積率改變,都將大幅影響聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強度,而且兩者對抗折強度的影響是相互耦合的。
(2)相同纖維體積率下, 7天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強度都隨著水灰比的增大而減小,但強度下降速率卻不相同,其中,不摻纖維的素混凝土強度下降最快,而摻入聚丙烯腈纖維的混凝土強度下降速率則較為平緩;但是當纖維體積率增大到0. 2%時,強度下降速率又開始增大。28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強度隨水灰比參數(shù)變化的規(guī)律與7天齡期的基本相同,但在纖維體積率為0. 2%時,出現(xiàn)了水灰比為0. 43時的抗折強度高于水灰比為0. 41時的抗折強度的情況。
(3)相同水灰比下, 7天和28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強度隨纖維體積率的變化均表現(xiàn)出相同的規(guī)律:即均先隨纖維體積率的增大而提高;在纖維體積率達到某個數(shù)值———最佳體積率時,抗折強度卻隨纖維體積率的增大而降低,表現(xiàn)為負增強效應。本試驗中,各種水灰比下,聚丙烯腈纖維的最佳體積率均為0. 1%。
(4)對比7天和28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強度的關系曲線可以發(fā)現(xiàn), 28天齡期的強度增長率基本上隨聚丙烯腈纖維體積率的增大而提高,例如,在水灰比為0.37、纖維體積率分別為0. 1%、0. 15%、0. 2%時, 28天齡期的強度比7天齡期的強度分別增長了8%、16%和13%;在水灰比為0. 43、纖維體積率分別為0. 1%、0. 15%、0. 2%時, 28天齡期的強度比7 天齡期的強度分別增長了11%、12%和24%。
(5)根據(jù)本試驗結果,綜合考慮經(jīng)濟性和材料性能,建議對特重和重交通等級的公路聚丙烯腈纖維混凝土路面,采用表4所列的優(yōu)化的配合比:
3 試驗路段施工
為了驗證聚丙烯腈纖維混凝土路面的實際使用性能,分別在國道205線南平段和國道316線福州段進行了試驗路建設,試驗路長度均為150m,路幅寬度均為10m。國道205線和國道316線均為重交通等級路面,設計彎拉強度5. 0MPa;
設計路面面層采用24cm厚的聚丙烯腈纖維混凝土材料,路面施工采用三輥軸機組施工。
由于聚丙烯腈纖維是一種親水性的纖維材料,因此,在聚丙烯腈纖維混凝土試驗路路面施工時,其施工工藝與普通水泥混凝土路面基本相同。聚丙烯腈纖維混凝土路面的施工步驟如下:
備料和混合料配比設計→測量放樣→基層檢驗和整修→支立模板和安設鋼筋→拌和→運輸→攤鋪→振搗→表面整修→接縫施工→養(yǎng)生→拆模→填嵌縫料。
與普通水泥混凝土路面相比,聚丙烯腈纖維混凝土路面在施工工程中需要特別注意的事項如下:
(1)混凝土拌和
為了便于施工,在施工前應先按計算好的摻量,將聚丙烯晴纖維分包裝好,攪拌時,直接整包加入即可,一來可以加快施工速度,同時也可以避免工地上出現(xiàn)稱量不準確。施工時要準確稱量其它各種原材料,水和水泥誤差不超過1% ,集料誤差不超過3%。拌和時先將纖維與砂、石、水泥等同時加入強制攪拌機,先干拌30秒,然后加水濕拌90秒,攪拌好后采用與普通混凝土相同方式出料運輸。圖3所示為拌和后的纖維混凝土,可以發(fā)現(xiàn)纖維均勻分布混凝土當中。
(2)混凝土振搗與表面整修
澆筑攤鋪時,適當延長20秒振搗時間,更有利于纖維的三維分布。由于摻入聚丙烯腈纖維以后形成三維網(wǎng)結構,混凝土的坍落度有所降低,振搗后與一般混凝土不同,出漿量也會相應減少。抹平時與正常方法相同,不要為追求表面光滑而灑太多的水,也不要抹面次數(shù)過多。
(3)壓紋和接縫鋸割
在現(xiàn)場施工溫度及條件相同時,壓紋和接縫鋸割應比普通水泥混凝土路面滯后約半小時至1小時,待纖維混凝土較硬化時進行,以避免鋸割時帶出纖維。
4 結論
通過對聚丙烯晴纖維混凝土路面復合材料配合比室內(nèi)試
驗以及試驗路段建設,本文得到了以下一些主要結論:(1)對聚丙烯腈纖維混凝土路面,水灰比和纖維體積率是影響其抗折強度的兩個重要因素,而且兩者對抗折強度的影響是相互耦合的。
(2)對聚丙烯腈纖維混凝土,存在一個最佳纖維體積率。
在實際路面工程應用時,應該根據(jù)實際情況進行試配,以確定最佳纖維體積率。
(3)聚丙烯腈纖維混凝土路面的施工與普通水泥混凝土路面施工基本相同,不需要特殊的設備。
參考文獻
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